Numerical Simulation of Wave Deformation due to a Submerged Structure with a Second-order VOF Method

(1)

한 국 방 재 학 회 논 문 집 제10권 1호 2010년 2월

pp. 111 ~ 117

해안·항만방재

2차 정확도 VOF기법을 활용한 수중구조물에 의한 파랑변화 예측

Numerical Simulation of Wave Deformation due to a Submerged Structure with a Second-order VOF Method

하태민*·조용식**

Ha, Taemin · Cho, Yong-Sik

···

Abstract

A three-dimensional numerical model is employed to investigate wave deformation due to a submerged structure. The three- dimensional numerical model solves the spatially averaged Navier-Stokes equations for two-phase flows. The LES(large-eddy- simulation) approach is adopted to model the turbulence effect by using the Smagorinsky SGS(sub-grid scale) closure model. The two-step projection method is employed in the numerical solutions, aided by the Bi-CGSTAB technique to solve the pressure Pois- son equation for the filtered pressure field. The second-order accurate VOF(volume-of-fluid) method is used to track the distorted and broken free surface. A simple linear wave is generated on a constant depth and compared with analytical solutions. The model is then applied to study wave deformation due to a submerged structure and the predicted results are compared with available lab- oratory measurements.

Key words :Three-dimensional numerical model, Navier-Stokes equations, Wave-structure interaction, VOF method

요 지

수중구조물에 의한 파랑의변형을 예측하기위해 3차원 수치모형을 도입하여수치모형실험을 수행하였다. 본 수치모형은

Navier-Stokes 방정식을유한차분법을이용하여계산하는동수압모형으로서, 난류의해석을위해서상대적으로큰에디(eddy)

만을 고려하는 SANS(Spatially Averaged Navier-Stokes) 방정식의 해를 구하는 LES(large-eddy-simulation) 기반의 수치모형 이다. ^엇갈림^{격자체계에서}^{유한차분법을}^사용하여^{지배방정식을}^해석하는^{모형으로서}^{수치기법으로} Two-step projection ^기법을

사용하여 SANS ^방정식을^{계산하였으며}, Bi-CGSTAB ^기법을 ^이용하여 Poisson ^방정식의 ^해를^구하고 ^압력장을^{계산하였다}.

또한, 자유수면의추적을위하여 2차정확도의 VOF(volume-of-fluid) 기법을사용하였다. 먼저선형파를일정수심상에서조파 시켜해석해와비교한후수중구조물이설치된지형에적용하여파랑의변형을수치모의하여수리모형실험결과와비교및분 석하였다.

핵심용어 : 3차원수치모형, Navier-Stokes 방정식, VOF 기법, 파랑-구조물상호작용

···

1. 서 론

구조물에의한 파랑의 변형에 관한 연구는 해안에 방파제 등과같은구조물을 설치할때 구조물의구조적인안정과구 조물을 이용하는시민의 생명을 지키는데 매우 중요한 역할 을 하는 것으로서 지난 세기동안 활발하게 연구되어 왔다

.

특히

,

^최근^{컴퓨터기술의}^급속한 ^발전으로^인해 ^수리모형^실

험에비해상대적으로 성과가많지않았던

3

^차원^{수치모형에}

대한 연구가 급속하게 늘어나고 있다

. 3

차원 수치모형을 이 용할경우

2

차원 수치모형으로는수행이불가능했던 실제현 상들을 다양하게 적용할 수 있으며

, 3

^차원 ^수리모형 ^실험과

달리 실험의 제원과 비용 등의 부분에서 제약이 많지 않기

때문에 매우경제적이다

.

기존의

3

차원 수치모형을이용한연구는대부분 정수압모 형을 통하여이루어져 왔으나

,

정수압모형은수심의 급격한 변화나경계처리등에서한계를 드러내면서개선이요구되어

왔다

(Mahadevan

등

, 1996).

이에 따라 동수압 모형 도입의

필요성이 제기되었으며

,

최근의연구는대부분동수압모형을 활용하여 광범위하게 진행되고 있다

.

^동수압 ^모형을 ^활용한

자유수면 흐름의 수치모형은

Casulli(1999)

^이후

Chen(2003)

과

Lin

등

(2002)

에 의해꾸준히 발전해왔으며

,

최근

Liu(2007)

는 엇갈림격자에서 유한차분법을 이용하는

3

차원 동수압 모

형을 개발하여액체화물슬로싱

(Liquid Sloshing)

^과^완경사에

서 고립파의처오름등을수치모의하였다

.

국내에서도최근

3

**한양대학교공과대학건설환경공학과박사과정(E-mail: [email protected])

**정회원·한양대학교공과대학건설환경공학과교수(교신저자)

(2)

차원수치모형을이용한 연구가활발하게진행되고 있다

.

^허

동수와 이우동

(2007, 2008a, 2008b, 2008c)

과 이우동 등

(2009)

은 잠제 주변의

3

차원 흐름특성및 잠제 설치로 인한

연안에서의처오름 특성 등에 관한 수치적 연구를 수행하였 다

.

^또한

,

^이종욱^등

(2008)

^은^{연직방향으로} ^{좌표변환된}

3

^차원

동수압모형에정확한동역학적경계조건을적용하는방법을 검토하였다

.

이 중

Liu(2007)

가 개발한 수치모형은

2

차 정확도의

VOF

(volume-of-fluid)

^기법을 ^활용하여 ^{자유수면변위를} ^예측함으

로서 기존의

1

차 정확도의

VOF

기법에 의한 결과에 비해

탁월한 성과를 보였다

(Liu

등

, 2008 ; Liu

등

, 2009).

따라 서

,

최근의

3

차원 수치해석을 필요로 하는 해안공학의 다양 한분야에 적용이가능할 것으로사료되나

,

^아직까지^국내에

소개된적이 없고 파랑의 전파 및 구조물에의한 파랑 변형 등에대해적용된사례가드물어이에대한검증이필요하다

.

본연구에서는

Liu(2007)

가 개발한

3

차원수치모형을도입하 여해안공학 분야에적용하기에앞서

,

^모델의 ^타당성을^검증

하기위해수중구조물에 의한파랑의변형을수치모의하고자

한다

.

이를위하여

, Beji

등

(1993)

이수행한 수리모형실험을

재현하고 수치모형 실험결과를 수리모형 실험결과와 비교한

다

. Beji

^등

(1993)

^의 ^수리모형^실험은 ^파랑이 ^구조물에 ^의해

변화하는양상을수치모형이 얼마나잘재현할수 있는지알 아보기에적합한 실험으로서그동안많은 연구에사용되어왔 다

(Casualli, 1999 ; Yuan

등

, 2004).

먼저 일정수심에서 선 형파의 조파가제대로 이루어지는지 해석해와 비교 및 검증

한 후에

Beji

등의 수리모형 실험을 재현하고그 결과를 관

측치와 비교 및 분석하여 수치모형의성능을 검증하고 추후 연구의방향을설정하고자 한다

.

2. 수학적 정식화

2.1 Navier-Stokes

방정식

일반적으로비압축성 유체의 거동은 다음의

Navier-Stokes

방정식으로표현할수 있다

.

(1) (2)

여기서

,

i

,

j

=1,2,3,

ui는 i^−방향^유속벡터

,

^ρ는^유체의 ^밀도

,

p는 압력

,

gi는 i−방향 중력 가속도

,

^τij는 내부응력을 각각 나타낸다

.

뉴토니안 유체의 경우 내부응력은 식

(3)

과 같이 표현할수 있으며

,

v는 동점성계수를나타낸다

.

(3) 2.2 SANS(Spatially averaged Navier-Stokes)

방정식

Navier-Stokes

^방정식을 ^직접 ^푸는

DNS(direct-numerical-

simulation)

기반의수치모형은

Reynolds

수가 큰자연흐름을

해석하기위해 격자를 매우 작게 하여 계산을 수행해야하기

때문에막대한계산시간이요구되며

,

^계산을^{진행하면서}^발생

하는 수치오차가방정식의해에큰 영향을줄 수 있다

.

따라 서

,

이에 대한 대안으로 상대적으로 큰 에디

(eddy)

만을 고 려하는

SANS(Spatially Averaged Navier-Stokes)

방정식의 해를 구하는

LES(large-eddy-simulation)

^기반의 ^{수치모형을}

사용하는 것이 일반적이다

(Deardorff, 1970). LES

기법을 사 용하기 위해 식

(1)

과

(2)

를 공간적으로 필터링하면 다음의

방정식을 구할수 있다

(Pope, 2000).

(4) (5)

여기서

,

와 는 필터링한 유속과압력이고

,

는 필터 링한 유속장내의 내부응력을 나타낸다

.

본 연구에서는 최근

널리 사용되고 있는

Smagorinsky LES

모형을 사용하며

,

SGS Reynolds

^응력을 ^다음과 ^같이 ^나타낸다

(Smagorinsky,

1963).

(6)

식

(6)

에서 µt는 와동점성계수로다음과 같이표현한다

. (7)

여기서

,

Cs는

Smagorinsky

^계수

,

W는 필터폭을 의미하며 유한차분법을사용할 경우필터폭은다음과 같이정의된다

.

(8)

Cs는 흐름에 따라 다른 값을 가지며 보통

0.1

^에서

0.2

^의

범위를 가진다

.

본 연구에서는

Lin

등

(2003)

이 파랑과 구조 물간의 상호작용시 적절한 값으로 제시한

0.15

를 사용하여 수치모형실험을수행하였다

. Smagorinsky LES

모형을사용 한 운동량방정식을 정리하면식

(9)

와 같다

.

(9)

2.3

^경계조건

일반적으로 고체의 경계에서는

no-slip

경계조건을 적용한 다

.

^그런데^만약 ^{경계부근의}^격자가^충분히 ^작지^않으면

no-

slip

^{경계조건을}^사용할 ^경우 ^고체 ^경계에서 ^유속이 ^작게 ^계

산되는 현상이 발생한다

.

이러한 경우 고체 경계조건으로

free-slip

경계조건을 사용할 때

no-slip

경계조건을 사용한

것보다 고체 경계에서유속을 좀 더 정확하게 해석할 수 있

다

(Lin

등

, 2002).

파랑의 변화를 예측하는 대부분의 케이스

에서 바닥부근의격자크기는 상대적으로 크기때문에특별한

언급이없는한

free-slip

경계조건을고체경계조건으로 사용

한다

.

한편

, Dean and Dalrymple(1991)

은 해석해를 이용한

선형파의 조파시

net mass transport

가 발생할 수 있음을 지

적한 바 있다

.

본 연구에서는

Dean and Dalrymple(1991)

이

∂u_i

∂x_i --- 0=

∂u_i

∂t --- u_j^∂u_i

∂x_j ---

+ 1

ρ---_∂^∂_x^p ---i

– g_i 1

ρ---^∂τ_∂_x^ij ---j

+ +

=

τ_ij 2ρvσ_ij ρv ^∂u_i

∂x_j --- ^∂_∂^u_x^j

---i

⎝ + ⎠

⎛ ⎞

= =

∂u

∂x_i --- 0=

∂u_i

∂t --- ^∂^uⁱ^u^j

∂x_i ---

+ 1

ρ---_∂^∂_x^p ---i

– g_i 1

ρ---^∂τ_∂_x^ij^r ---j

+ +

=

u_i p τ_ij^r

τ_ij^r=2µ_tσ_ij

µ_t=ρ[(C_sW)² 2σ_ijσ_ij]

W=(∆x y z∆ ∆ )^{1 3}^⁄

∂u_i

∂t --- ^∂^uⁱ^u^j

∂x_j ---

+ 1

ρ---^∂^P

∂x_i ---

– g_i ^∂

∂x_j --- µ_eff ∂u_i

∂x_i --- ^∂^uⁱ

∂x_i ---

⎝ + ⎠

⎛ ⎞

+ +

=

(3)

제안한 평균 질량흐름율을통해 보정 유속을 계산하고 이를 제거하여

net mass transport

를

0

으로 제어하였다

.

식

(10)

과

(11)

은각각평균 질량흐름율

(

M

)

과보정유속

(

uc

)

을 나타낸다

. (10) (11)

여기서

,

ci는경계에서의파속을의미한다

.

^우측^{경계에서는}

파랑이외부경계에서수치수조안으로다시 반사되지않도록 개방경계조건을 사용하였으며

,

이를 수식으로표현하면 다음 의식

(12)

와같다

.

(12)

여기서

,

Co는 경계에서의 파속을 나태내고 φo는 경계에서 정의되는유속

,

^{자유수면변위}^등의^{변수들이다}

.

3. 수치모형

3.1

수치기법

본 연구의 수치모형은 엇갈림 격자체계에서 유한차분법을 사용하여지배방정식을해석하였다

.

엇갈림격자의각각의셀 중앙에서는 스칼라 값을 가진 압력과

VOF

값이 정의되고

,

각각의 셀의 경계에서는 벡터값을 가진 유속과 중력가속도

등이 정의된다

(

그림

1).

지배방정식인

SANS

방정식의 해를

구하기위해

Two-step projection

기법

(Chorin, 1968 ; Chorin, 1969 ; Liu

등

, 1998)

을 사용하였다

. Two-step projection

기법의첫 번째단계는 다음과같다

.

(13)

식

(13)

은

SANS

방정식의 운동량 방정식에서 압력항을

제외한식으로

,

여기서 는 해를 구하기위한 중간유속으로

연속방정식을 만족시키지못한다

.

^두^번째^단계는^{중간유속을}

divergence-free

유속장으로투영하여 실제유속을 구하는 단

계이다

.

(14)

(15)

식

(14)

를 식

(15)

에 대입하여정리하면다음과 같다

.

(16)

식

(16)

은

Poisson

방정식으로적절한경계조건을적용하여

방정식의해를 구하면

(

n

+1)

시간단계에서압력장을구할 수 있게 된다

.

^이렇게 ^새롭게 ^계산된 ^압력장을 ^이용하여 ^식

(14)

를 계산하면새로운시간단계에서유속장을계산할수 있 다

.

3.2

유한차분법

앞서 설명한대로본수치모형은 엇갈림격자체계를사용하

며 각각의셀 중앙에서스칼라 값을 가진압력과

VOF

값이

정의되고

,

경계에서 벡터값을 가진 유속과 중력가속도 등이 정의된다

.

^그러나 ^{유한차분법에서} ^사용하는^변수들의 ^위치가

본래 변수가 정의된 위치와다를 수 있기 때문에 그러한 경 우에는선형보간법을 이용하여변수를정의한다

.

먼저지배방 정식의 대류항과 확산항은 중앙차분법과 풍상차분법을 적절 히 혼합하여 이산화하였다

.

x−방향 운동량 방정식의 대류항 과 확산항은 격자의 양의 x−방향 경계면

(

i

+1/2,

j

,

k

)

에서 정의 하며

,

y−방향과 z−방향운동량 방정식의 대류항과 확산항은 각각 격자의 양의 y−방향 및 z−방향 경계면

[(

i

,

j

+1/2,

k

), (

i

,

j

,

k

+1/2)]

에서정의한다

.

중앙차분법과풍상차분법을혼합할 때 가중치를주는 변수로서 α를 도입하였으며

,

실제 수치모

형 실험에서 α

=0.3~0.5

의 범위를 주었을 때 안정적이면서

정확한 해를 주게 된다

(Liu, 2007).

본 연구에서는 α

=0.5

의

값을 사용하였다

.

다음으로 압력장을계산하기 위해식

(13)

의

Poisson

방정

식의 해를구한다

.

압력은격자의 중앙에서정의되기 때문에

,

중앙차분법을 이용하여

Poisson

^방정식을^{이산화하면} ^새로운

시간단계에서의 압력장에 대한 대수방정식을 구할 수 있다

.

대수방정식을 매트릭스 형태로 만들어 매트릭스 솔버로 계 산하면 새로운 시간단계에서의 압력장을 구할 수 있다

.

본 연구에서는

Bi-CGSTAB

^기법

(Van der Vorst, 2003)

^을 ^이

용하여 매트릭스를 계산하여 압력장을 구하였다

.

이상의 수

치기법에 대한 보다 자세한 설명은

Liu(2007)

를 참조할 수

있다

.

3.3 VOF (Volume of Fluid)

^기법

본 연구에사용한수치모형에서는 수중구조물에의한 파랑

M 1

8---^ρ^gH

2

c₀ ---

= u_c M

ρh ---

=

∂φ∂t

---+c_o^∂φ---_∂x=0

u˜_i^{n 1}⁺ –_u_iⁿ t

---∆ u_jⁿ^∂u_jⁿ

∂x_j ---

– 1

ρⁿ

---^∂τ_∂_x^ijⁿ ---j

+

=

u˜

u_i^{n 1}⁺ –u˜_i^{n 1}⁺ t

---∆ 1

ρⁿ

---^∂^p_∂^{n 1}_x⁺ ---i

– +g_i

=

∂u_i^{n 1}⁺

∂x_i --- 0=

∂∂x_i --- 1

ρⁿ

---^∂^p_∂^{n 1}_x⁺ ---i

⎝– ⎠

⎜ ⎟

⎛ ⎞ 1

t

∆---^∂^u˜_i^{n 1}⁺

∂x_i --- ^∂_∂^g_xⁱ

---i

+

=

그림 1. 3차원 엇갈림 격자

(4)

의변화를 예측하기위해

2

차정확도의

VOF

기법을사용하 여자유수면을계산하였다

.

(17)

자유수면을계산하기 위해 식

(17)

의

VOF

함수를 도입하 면식

(1)

을 다음과 같이나타낼 수있다

.

(18)

여기서

,

F는물과공기의부피비를 의미하는 함수로서 F가

0

^이면 ^셀 ^전체가 ^공기를 ^의미하고

1

^이면 ^셀 ^전체가 ^물을 ^의

미하게 된다

. VOF

기법에서 격자안의 자유수면에작용하는

법선벡터는

Young's least squares method(Rider

등

, 1998)

를 이용하여계산한다

.

다음 단계에서자유수면은유속에 의

해 다시 계산되며

, Gueyffier

^등

(1999)

^이 ^제안한 ^방법에 ^따

라각 방향에대한 부피플럭스를계산하게 된다

.

이렇게갱

신된 부피 플럭스를 통하여 다음 시간 단계의

VOF

함수를

계산할 수 있다

. VOF

기법에 대한 자세한 설명은

Liu(2007)

^를 ^참조할 ^수 ^있으며

,

^본 ^{논문에서는}

2

^차 ^정확도

VOF

기법의장점에대해서만 간략히설명한다

.

그림

2

는

1

차 정확도

VOF

기법에서 자유수면 계산을 위

해 사용한

SLIC(single-line-interface-calculation)

에 의해 재 현된 격자내의 경계와 본 연구에 사용한

2

^차 ^정확도

VOF

기법에서 사용한

PLIC (piecewise- linear-interface-calculation)

에의해재현된격자내의 경계를 비교하여 나타낸다

.

그림에

서 알 수 있듯이

PLIC

에 의한 결과가

SLIC

에 의한 결과보

다실제현상을더욱 정확하게재현할수있다

.

^다시^말하면

, PLIC

를 이용하여 자유수면을계산하는 본 연구의

2

차 정확

도

VOF

기법은격자내에서자유수면을계산할 때

1

차 다항

식을 사용하기 때문에

,

단순 부피비로만 표현되는

1

차 정확

도

VOF

^기법에 ^비해 ^더 ^정확하게 ^실제 ^현상을 ^재현할 ^수

있다

.

4. 수치모형 실험

본 연구에서는새롭게 개발된

3

차원수치모형이 파랑의변 형을 얼마나 잘 재현하는지 알아보고자 한다

.

^이를 ^위해서

그 동안 수치모형의 검증에 널리 사용되었던

Beji

등

(1993)

의 수리모형실험을 도입하여 새로 개발된 수치모형에 의한 계산결과와 비교한다

.

두 결과의 비교 및 분석을 통하여 새 로 개발된 수치모형의파랑변형에 대한 적용성을 검토해 볼 수 있다

.

먼저 일정한 수심의 수조에서 선형파를 조파하여 해석해와 비교를 통해 수치모형을 검증한 후

, Beji

등

(1993)

의 수리모형실험 제원을 생성하여 수치모형 실험을 수행한 다

.

^그림

3

^은 ^주기 T0

=2.0 sec,

^파고 H0

=0.02

m^의 ^선형파를

수치모형으로 조파시키고

,

한 파장이떨어진지점에서시간에 흐름에 따라 자유수면변위를 측정한 결과이다

.

여기서

,

η는 자유수면변위로서 그림의 y−축은 무차원화한 시간의 흐름에 따른 자유수면의형상을의미한다

.

^수치모형^{실험결과와}^해석

해를 비교해보면수치모형실험결과가 해석해를매우정확하 게 재현하고있으며

,

이를 통해 수치모형이선형파의조파에 문제가 없다는것을 알수 있다

.

4.1

^실험제원

수치 및 수리모형 실험에 사용한 제원은 그림

4

와 같다

.

그림에서 볼 수 있듯이 수심이

0.4 m

^로 ^일정한 ^수조에 ^사다

F ^{ρ ρ}– ^a

ρ_w–ρ_a

---

=

∂F

∂t --- u_i^∂F

∂x_i ---

+ =0

그림 2. 1차 정확도 VOF 기법(a)과 2차 정확도 VOF 기법(b) 비교 (Rider 등, 1998)

그림 3. 선형파 조파 (○：해석해, ―：수치모형 실험)

(5)

리꼴모양의구조물을 설치하여

,

해저구조물을 통과하면서파 랑이어떠한변화를보이는지파고계를설치하여수면변위를 측정하였다

.

^{해저구조물의}^{최대높이는}

0.3 m

^로 ^{해저구조물을}

통과하면서수심이

0.1 m

에서

0.4 m

까지변하게된다

.

파랑이

먼저 도달하는 구조물의 전면은

1:20

의 경사를 이루고 있으

며

,

구조물의 후면은

1:10

의 경사를 이루고 있다

.

구조물에

의한파랑의변화양상을 분석하기위해구조물의전면에서부 터

7

개의 지점에서 수면변위를 계산하였으며

,

이를

Beji

등

(1993)

의 수리모형실험과 비교하였다

.

4.2

수치모형실험

수치모형 실험은 총

45

초 동안 진행되었다

.

왼쪽경계에서 주기 T0

=2.0 sec,

파고 H0

=2.0

m의 선형파를 조파시켰으며

,

오른쪽 경계에서 방사경계조건을 사용하여 경계에서 파랑이 수조안으로반사되어 들어가지않도록하였다

.

^구조물의^변화

를 정확하게표현하기 위해 x−방향으로는

0.03 m

의 격자크기 그림 4. 해저구조물을 통과하는 파랑의 전파 실험제원 (Beji 등, 1993)

그림 5. Beji 등(1993)의 수리모형 실험과 수치모형 실험결과 비교 (○：수리모형 실험, ―：수치모형 실험)

(6)

를 사용하여 총

1000

^개의 ^격자로 ^{구성하였으며}

,

y^{−방향으로}

는

0.004 m

부터약

0.01 m

까지의격자크기를사용하여총

55

개의 격자로구성하였다

.

총

7

개의 수치 파고계를 설치하여 시간의흐름에따라수면변위를기록하였으며

,

각각의파고계 는 구조물에 의한 파랑의 변형을 적절히 분석할 수 있도록 배치되었다

.

그림

5

는 각 지점에서계산된 수면변위를

Beji

등

(1993)

의 수리모형 실험과 비교한 결과이다

.

그림에서 알 수 있듯이 전체적으로 수치모형이 수리모형 실험결과를 비교적 정확하 게재현하고있다

.

좀 더 자세히살펴보면파랑이 좌측경계 에서조파되어진행하면서수중구조물을 만나변형을일으킬 때수중구조물의 전면부와첨두부에서는 거의정확하게수리 모형 실험결과를 재현하고 있음을 알 수 있다

.

^그러나 ^수중

구조물의첨두를 지난후에는수치모형과 수리모형실험결과 가미세한 차이를보이고있으며

, 6

번 지점에서계산된결과 는 수리모형실험결과와 비교적큰 차이를 보임을 알 수 있 다

.

^이러한^결과는 ^수심이^점점 ^{작아지면서}^{천수효과가}^강하

게 작용하여 파랑이 변형을 일으킨 후 다시 수심이 깊어질 경우 파랑의 분산효과가강하게 재현되기 때문인 것으로 판 단된다

.

그림에서 알 수있듯이 수치모형실험에서첨두부를 지난

5

^번 ^{지점에서부터} ^파랑의 ^{분산효과가}^수리모형 ^실험보

다 강하게 재현되어 파랑이 첨두부로 점점 모이고 있으며

,

이러한 오차가 중복되면서

6

번 지점에서 수치모형이수리모 형 실험에서 나타난 파랑의 형태를정확하게 재현하지 못한 것으로 판단된다

.

^또한 ^이로 ^인해 ^파랑의 ^위상에도 ^약간의

오차가발생하여

7

번 지점에서 수리모형실험결과에 비해수 치모형실험결과에서의파랑의전파속도가 미세하게더빠른 것을확인할 수있다

.

^그러나^{전체적으로}^수치모형^실험결과

는 수리모형 실험결과를 비교적 정확하게 재현하고 있으며

,

수치모형이파랑의 변형을 예측하는데 특히 중요한 변형 후 최대값을매우정확하게 계산해냄을알수 있다

.

5. 결 론

본 연구에서는

2

차 정확도

VOF

기법을 활용한

3

차원 동 수압수치모형을 이용하여수중구조물에 의한파랑의변형을 재현하여수치모형의적용성및발전방향을검토하였다

.

검토 결과 본 수치모형은 분산효과재현과 파랑의 전파속도 등에 서수치오차가 발생하지만파랑의 변형을예측하는데충분히 사용할수 있는수치모형으로판단되며

,

^특히 ^최대값을^매우

정확하게계산해낼 수 있기 때문에앞으로 해안구조물에 의 한파랑의변형에관한 연구나지진해일등의 해양재해에의 한 피해예측을위한 기초연구에효율적으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다

.

^하지만 ^기존에 ^널리 ^사용되는

2

^차원 ^수치

모형에비해 계산시간이매우길게 소요되는단점이 있으며

,

본연구에서사용한수리모형실험과같은 단순지형에서도수 치오차가작지 않은 점을고려할 때 좀 더복잡한

2

차원 지 형에대한연구와

3

^차원 ^{수리모형실험과의}^비교^등 ^추가적인

검증이필요할것으로판단된다

.

또한

,

구조물에의한 변형을 예측하는데필요한구조물과유체의상호작용에 대한고려가

상대적으로 부족하기 때문에 이에 대한 보완이 필요할 것으 로 사료된다

.

감사의 글

본 연구는국토해양부첨단항만건설기술개발사업

(

과제명

:

항 만권역 태풍 및 지진해일 재해대응체계 구축

)

의 연구비지원 에 의해 수행되었습니다

.

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◎논문접수일 : 09년 11월 25일

◎심사의뢰일 : 09년 11월 30일

◎심사완료일 : 09년 01월 05일